Программирование на языке Python. Среды разработки PyCharm и Jupyter Notebook

Москва
Горячая линия – Телеком 
2023

УДК 004.43(075.8) 
ББК 32.973.2 
     П78   
Р е ц е н з е н т : 
профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, доктор техн. наук  В. А. Минаев 
А в т о р ы : 
А. А. Бровкин, Н. А. Лаптев, А. Н. Пылькин, 
Ю. С. Соколова, С. С. Тороян 
П78       Программирование на языке Python. Среды разработки PyCharm и Jupyter Notebook: Учебное пособие для вузов / А. А. Бровкин, Н. А. Лаптев, А. Н. Пылькин и др. – М.: Горячая линия – Телеком, 2023. – 144 с.: ил.  
ISBN 978-5-9912-1001-0. 
Рассмотрены основные практические навыки работы в среде PyCharm. В качестве базовых элементов работы в среде PyCharm даны рекомендации по установке 
среды PyCharm, началу работы, правилам выполнения программы, дополнительным вариантам выполнения команд, переименованию переменных и базовой настройке IDE PyCharm.  
Приведено описание и рассмотрены основные правила использования среды 
разработки Jupyter Notebook, которая, в первую очередь, ориентирована на программирование средствами Python. Среда Jupyter Notebook позволяет сразу видеть 
результаты выполнения программного кода, а также обеспечивает работу с отдельными его фрагментами. Среда разработки позволяет отдельно загрузить файл 
в память, отдельно проверить его содержимое и отдельно его обработать. 
Для студентов вузов, изучающих дисциплину «Алгоритмические языки и 
программирование» укрупненного направления подготовки 09.03.00 – «Информатика и вычислительная техника», может быть использована в качестве практического руководства при изучении основ современных информационных технологий. 
ББК 32.973.2 
 
Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU  
 
Тиражирование книги начато в 2022 г. 
 
Все права защищены. 
Любая часть этого издания не может быть воспроизведена  
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами  
без письменного разрешения правообладателя. 
 
© ООО «Научно-техническое издательство «Горячая линия – Телеком» 
www.techbook.ru 
© А. А. Бровкин, Н. А. Лаптев,  
А. Н. Пылькин, Ю. С. Соколова, С. С. Тороян 
 

Предисловие
Язык программирования Питон (Python) на современном
этапе развития средств разработки программных приложений
является одним из массовых и популярным среди сообщества ITспециалистов. Широкое использование Python в учебном процессе в высших, средних специальных заведениях, а также в
школах требует специального методического обеспечения учебного процесса, так как информация по методам программирования на Python носит, как правило, разрозненный и методически
непродуманный характер (хотя подобной информации существует огромное множество). На начальных этапах освоения средств
языка Python перед обучающимися остро встает вопрос выбора
среды программирования, на основе которой осуществляется интегрированная разработка приложений на языке Python. Наиболее часто выбор приводит к интегрированной среде разработки
(Integrated development environment, сокращенно — IDE) под названием PyCharm, которая является кросс-платформенной средой разработки с реализаций в Windows, MacOS и Linux. Среда PyCharm представляет собой достаточно сложную программу,
которая обеспечивает выполнение множества действий по разработке программного обеспечения (ПО). Среда PyCharm интегрирует утилиты (вспомогательные системные программы):
• текстовый редактор;
• транслятор (компилятор и интерпретатор);
• отладчик;
• средства автоматизации сборки.
Опыт преподавания основ программирования показывает,
что на первоначальных этапах изучения и освоения технологий
разработки прикладного ПО обучающийся сталкивается с некоторыми сложностями работы в среде программирования, в частности в среде PyCharm.
Эти сложности обусловлены низким
уровнем знания английского языка, недостаточными навыками
работы с компьютером и современным программным обеспечением. Для преодоления подобных трудностей на начальных ста

Предисловие
диях освоение среды PyCharm и предназначено настоящее руководство для установки и эффективной работы со средствами IDE,
ориентированными на разработку программ на языке Python.
С этой точки зрения среда PyCharm содержит все необходимые
средства для профессиональной разработки прикладного ПО.
Использование PyCharm в процессе разработки программы позволяет обеспечить высокую продуктивность, обусловленную
освобождением от рутинных операций и сосредоточением на выполнении более важных этапов, что приводит к экономии времени, а также повышение качества кода, что позволяет писать
красивый программный код с одновременным контролем его качества путем проверки соответствия требованиям PEP8 — руководства по написанию кода на языке Python. Помощь при написании кода обеспечивается встроенным механизмом анализа
программного кода, поиском ошибок и их быстрым исправлением, удобной навигацией по коду и другими функциями.
Для повышения эффективности разработки программ на языке Python часто используют другую среду программирования —
Jupyter Notebook. Это весьма распространенное кроссплатформенное приложение является весьма мощным инструментом для
интерактивной разработки программного кода, представления данных и их анализа. Веб-приложение запускается в браузере и обеспечивает выполнение следующих функций:
• редактирование и запуск кода на языке Python в браузере
с подсветкой синтаксиса, автоотступами и автодополнением
кода;
• отображение результатов вычислений с медиапредставлением (схемы, графики);
• работа с языком разметки Markdown и LАTEX.

Введение
В данном учебном пособии рассмотрены основные правила
работы со средой разработки PyCharm, которые необходимы для
выполнения цикла практических работ по программированию на
языке Python. Прежде чем перейти непосредственно к описанию
теоретических сведений и практическим рекомендациям по выполнению практических работ, необходимо уточнить некоторые
детали.
Предполагается, что цикл практических работ реализован
с использованием алгоритмического языка Python версии 3.5.2,
которая на момент постановки практических работ являлась одной их последних версий языка программирования. При этом
следует иметь в виду, что работа с другой версией языка Python
сопряжена с возможностью появления некоторых различий, что
свойственно для различных версий языка Python.
В цикле практических работ использована свободно распространяемая интегрированная среда разработки IDE (Integrated
Development Enviromnent) PyCharm Community Edition.
Скачать ее можно по адресу
htpp://www.jetbrains.com/pycharm/download
Среда доступна для Windows, Linux, MacOS. Однако, если вам
не нравится IDE, выбранная авторами, вы легко можете выбрать
для себя другую среду разработки. Методика работы в различных средах отличается мало, более важным является соответствие версии интерпретатора Python.
В состав большинства IDE по умолчанию не входит интерпретатор языка Python.
Его необходимо скачать и установить
заранее. Сделать это можно с официального сайта
https://www.python.org/downloads/
Практические работы ориентированы на использование среды PyCharm, запущенной в ОС Windows. Для Linux и MacOS
возможны свои особенности и отличия.

Введение
Рассмотренный материал не охватывает всего разнообразия
возможностей, предоставляемых языком Python, как и не описывает всех методов эффективного написания программ на этом
языке. За дополнительной информацией вы можете обратиться
к книгам самоучителям, в том числе к тем, которые упоминаются в методических указаниях. Также крайне необходимо умение
правильно искать информацию с помощью поисковых систем в
Интернете, что помогает оперативно решать возникающие трудности.
В процессе выполнения практических работ, как правило,
требуется делать отчеты по проделанной работе. В отчет обычно входит схема алгоритма.
Для удобного создания схемы в
электронном виде с возможностью ее дальнейшего экспорта в
векторный или растровый формат изображения вы можете воспользоваться бесплатным сервисом www.draw.io в виде онлайнредактора на сайте или офлайн-надстройки для браузера (тестировалось для Google Chrome).
Во второй части учебного пособия рассмотрены основные
правила работы в среде программирования Jupyter Notebook.
Приведены сведения по следующим основным вопросам:
• установка среды Jupyter Notebook;
• терминология и основные определения;
• интерфейс и правила работы;
• интерактивное управление с использованием видиктов (графических элементов — кнопок, выпадающих списков, текстовых полей).

Установка и запуск среды PyCharm
Язык Python («пайтон»; в русском языке распространено название Питон) — высокоуровневый язык программирования общего назначения, ориентированный на повышение производительности разработчика и читаемости кода. Синтаксис ядра
Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека
включает большой объём полезных функций.
Python поддерживает несколько парадигм программирования, в том числе структурное, объектно-ориентированное, функциональное, императивное и аспектно-ориентированное. Основные архитектурные черты: динамическая типизация, автоматическое управление памятью, полная интроспекция, механизм обработки исключений, поддержка многопоточных вычислений и
удобные высокоуровневые структуры данных. Код в Python организовывается в функции и классы, которые могут объединяться в модули (они в свою очередь могут быть объединены в пакеты).
Установка среды PyCharm
В том случае, если вы хотите установить среду PyCharm на
своем ПК, вам необходимо:
1) скачать по ссылке интерпретатор языка Python (желательно версии 3.52, чтобы не возникало расхождений с данными методическими указаниями) и установить его. Замечание: в
первом окне мастера установки программы поставьте галочку на
опции «Add Python 3.5 to РАТН», иначе в дальнейшем PyCharm
не увидит установленного интерпретатора;
2) cкачать среду PyCharm (бесплатную версию Community
Edition) и установить ее по ссылке
http://www.jetbrains.com/pycharm/download
3) запустить PyCharm и пройти начальную настройку (выбор цветовой схемы оформления и т. п.; можно просто нажать
несколько раз «далее» и настроить эти параметры позже через
меню настроек среды).

Р а з д е л 1
Начало работы
Запустить PyCharm можно через ярлык на рабочем столе
или из меню Пуск:
Все программы →JetBrains →JetBrains
PyCharm Community Edition. При этом вы увидите начальное
окно работы со средой (рис. 1.1). Здесь вам будет предложено
создать новый проект или выбрать ранее созданный. В списке в
левой части окна представлены последние открытые проекты.
Рис. 1.1. Стартовое окно среды PyCharm
Нажмите на надпись Create New Project, чтобы создать ваш
первый проект, Вы увидите окно, в котором вам предложено
будет выбрать папку для хранения проекта и интерпретатор (в
списке должен быть хотя бы один интерпретатор, установленный
ранее). Укажите путь к папке и ее имя.
Необходимо заметить, что в одном проекте можно хранить
несколько файлов с программами, т. е. вы можете создать всего
один проект и выполнять в нем все свои лабораторные работы,
создавая для каждой новой работы отдельный файл кода Python
в корне проекта. Это позволит вам оперативно сверяться с уже
выполненными заданиями и найденными ранее решениями проблем.
Если вы создали новый рабочий проект, то увидите окно,
аналогичное представленному на рис. 1.2.

Установка и запуск среды PyCharm
9
Рис. 1.2. Рабочее представление среды
На данный момент проект пустой и в него необходимо добавить первый файл Python. Для этого нажмите правую кнопку
мыши на имени вашего проекта в обозревателе решений (в левой части окна) и выберите в контекстном меню команду New →
Python File (рис. 1.3). В появившемся окне укажите имя файла,
например «Лабораторная 1».
Рис. 1.3. Создание нового файла кода
После создания нового файла Python он автоматически будет открыт на редактирование в основной части окна. На данный

Р а з д е л 1
момент он пустой. Первая лабораторная работа подразумевает
копирование готового текста программы из пособия и взаимодействие с ним.
Выполнение программы
После того как вы написали программный код в созданном
ранее файле Python, его необходимо запустить. Существует два
режима запуска программы: обычный (Run) и отладочный (Debug).
С особенностями режима отладки вы ознакомитесь позже при выполнении следующих практических работ. Для запуска программы в обычном режиме необходимо нажать сочетание
клавиш Alt+Shift+F10. При этом появится окно с выбором программы для запуска. Выберите свою программу и нажмите клавишу Enter. (рис. 1.4). Повторный запуск программы (например,
после внесения изменений) можно быстро осуществить нажатием комбинации клавиш Shift+F10 или экранной кнопки в виде
зеленой стрелки в верхней части окна среды.
Рис. 1.4. Запуск программы на выполнение
После запуска программы вы увидите терминальное окно с
результатом выполнения вашей программы. (рис. 1.5). В случае,
если в программе присутствует ввод значений с клавиатуры (оператор input()), его необходимо осуществлять именно в этом окне.
Рис. 1.5. Терминал ввода-вывода